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Termoformatura |
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MATERIALI
PER STAMPI IN ALLUMINIO POROSO
« IL VANTAGGIO DELLE NUOVE ATTREZZATURE PER TERMOFORMATURA »
Articolo
scritto da Scott W. Hopkins, International Mold Steel Inc., Florence, Kentucky,
USA sulla rivista THERMOFORMING QUATERLY.
STATO DELL’ARTE
Lo sviluppo dei materiali in alluminio poroso nella costruzione di stampi ha
fornito un’ alternativa ai materiali tradizionali e consentito un aumento
delle prestazioni degli stampi oltre ad una maggior flessibilità di
progettazione in paragone all’uso di alluminio tradizionale e materiali
epossidici.
Questo articolo fornisce un esame dettagliato dell’alluminio poroso e
dell’effetto dei materiali di questo tipo sull’incremento di qualità dei
prezzi e dei dettagli nelle operazioni di termoformatura.
INTRODUZIONE
Per la maggior parte dei processi di termoformatura è cruciale sviluppare
componenti di elevata qualità nel più breve tempo possibile.
Attualmente, i costruttori di stampi hanno tante possibilità
di scelta dei materiali da utilizzare per gli stampi che sono basate sul
tipo di progetto e sui vincoli del tempo di realizzazione.
Materiali come resine epossidiche, alluminio in billette e alluminio di fusione
sono normalmente usati nell’industria nella costruzione di stampi.
In relazione alla qualità desiderata, la maggior parte delle attrezzature per
termoformatura viene costituita utilizzando alluminio di fusione o alluminio
lavorato a macchina per la flessibilità e curabilità dei materiali.
L’alluminio poroso, come materiale per stampi, offre vantaggi alternativi
rispetto a questi materiali tradizionali e, in molti casi, offre prestazioni e
benefici di costo che alluminio tradizionale non può offrire.
I materiali per stampi in alluminio poroso non hanno bisogno di fori per il
vuoto, eliminano la necessità di fondere complicate strutture e di utilizzare
procedure di incisione separate e consentono di impiegare un minor tempo per la
realizzazione degli stampi.
Tenendo conto delle caratteristiche dei materiali in alluminio poroso è
necessario esaminare applicazione e rendimento di questa tecnologia nuova per
accertarne i vantaggi comparativi sui materiali tradizionali per stampi.
LAVORABILITA’ DEI MATERIALI IN ALLUMINIO POROSO (METAPOR, BF100, BF210,
High-Density, & MACRO)
Il METAPOR fu introdotto sul mercato nel 1994. Il
materiale fu presentato in anteprima ai produttori europei di cioccolato per la
termoformatura dei sottili vassoi per imballaggio e confezionamento dei
cioccolatini.
L’alluminio poroso fornì prestazioni superlative in ordine alla facilità di
lavorazione a macchina ed alle caratteristiche di porosità della superficie
dello stampo.
Questo consentì ai primi utilizzatori di questi materiali di costruire ciascuno
stampo in un tempo brevissimo ed ai progettisti degli stampi di sviluppare
imballaggi estremamente intricati e complessi. L’incremento di flessibilità
dello stampo ha origine dalle caratteristiche peculiari dell’alluminio poroso.
La porosità del materiale consente di ottenere maggiori dettagli;
l’accuratezza elimina i difetti dovuti all’aria intrappolata e consente una
riduzione notevole del tempo totale di realizzazione dello stampo. Diversamente
dai metalli sintetizzati che possono avere caratteristiche similari, i materiali
a base di alluminio poroso possono essere lavorati senza comprometterne la
porosità.
Essendo il METAPOR un materiale composito, esso
può essere lavorato ad alta velocità con utensili di taglio al carburo, senza
impiego di liquidi di raffredamento ed in tempo inferiore rispetto
all’alluminio.
Le caratteristiche di lavorabilità del METAPOR
sono simili a quelle del legno duro. Le prestazioni possono anche essere
migliorate con stampi prodotti in alluminio poroso sigillando le superficie
degli stampi stessi per aumentare la permeabilità all’aria di particolari
aree.
Questa procedura viene messa in atto impiegando una resina epossidica che
resista alla temperatura di impiego dello stampo piuttosto che alle condizioni
ambientali di produzione. In aggiunta, per incrementare le prestazioni, il METAPOR
assicura eccellente finitura superficiale per i componenti per i quali sia
richiesta un aspetto particolarmente raffinato. La finitura superficiale
dell’alluminio poroso è ottenuta senza l’uso di resine e successiva
sabbiatura progressiva. Componenti di elevata trasparenza possono essere
ottenuti per termoformatura grazie alla combinazione di superfici levigate e
porosità degli stampi con eliminazione dei fori per il vuoto. Questa tecnologia
risponde perfettamente alle esigenze di applicazioni nei settori
automobilistico, dell’imballaggio e medicale e costituisce una valida
alternativa all’impiego di alluminio lucidato o di parti stampate ad
iniezione.
L’alluminio poroso lavorabile è prodotto in blocchi delle dimensioni di 500
mm x 500 mm x 400mm. I distributori di
questo materiale possono fornire ai costruttori di stampi per termoformatura una
selezione vastissima di dimensioni. Per la costruzione di stampi che
eccedano le misure di 500 mm x 500 mm, il METAPOR
può essere incollato strutturalmente senza linee di testimonio dopo la
lavorazione. Dal momento che il METAPOR può
essere facilmente incollato, per avere flessibilità di dimensioni, gli stampi
in METAPOR possono essere facilmente riparati, in
caso di danneggiamento, con la medesima procedura. Per la riparazione di uno
stampo in alluminio poroso, si rimuove la parte danneggiata inserendo quindi al
suo posto una sagoma di METAPOR integra. Dopo che
l’inserto è stato messo in posizione e l’adesivo strutturale è
polimerizzato, la zona di stampo riparata viene lavorata e rifinita. La
riparazione, se ben fatta, non pregiudica la qualità delle prestazioni dello
stampo. La riparazione di stampi in alluminio poroso è sostanzialmente
inferiore in termini di tempo, alla analoga operazione su stampi in alluminio
convenzionale. La maggior parte degli stampi danneggiati può essere riparata
senza perdere tempo prezioso. La tecnologia dell’alluminio poroso mette a
disposizione dei costruttori di stampi un materiale alternativo che consente di
ottenere dettagli molto particolari delle parti termoformate, riduzione nei
tempi di realizzazione dello stampo e una riduzione dei costi di sviluppo dello
stampo stesso in comparazione all’uso delle tecnologie di fusione
dell’alluminio convenzionale o della lavorazione meccanica di billette.
MATERIALE A BASE DI ALLUMINIO POROSO/ FORMA PER STAMPAGGIO PER COLATA (ESPOR)
Per rispondere alle esigenze di stampaggio per colata dell’industria della
costruzione di stampi per termoformatura, è stato sviluppato ESPOR, prodotto
che assicura le prestazioni e i vantaggi del METAPOR
nel contesto di stampaggio per
colata. L’alluminio poroso per stampaggio mediante colata non richiede la
foratura per ottenere fori per il vuoto, consente lo sviluppo di operazioni per
stampaggio multiplo da un singolo modello, consente di riprodurre superfici
complesse, con venature senza necessità di incisione o attacco chimico,
consente di inserire sistemi di raffredamento integrati in acciaio inox e può
ridurre il tempo totale di sviluppo e realizzazione dello stampo. In forza di un
processo di sviluppo brevettato, i distributori licenziatari di Nord e Sud
America stanno attualmente sviluppando la tecnologia di stampaggio per colata di
ESPOR.
Simile all’alluminio pressofuso, l’alluminio poroso per stampaggio per
colata richiede forme rigide. Per le esigenze di stampi con venature, la forma
deve contenere la venatura desiderata ad essere applicata solidamente.
Diversamente dalle fusioni in alluminio, gli stampi in ESPOR sono pronti
all’uso immediatamente dopo la produzione e non richiedono addizionali
procedure di finitura come lucidatura o attacco chimico. L’attitudine del
materiale può ridurre in modo sostanziale i tempi di sviluppo e realizzazione
dello stampo. Per progetti di difficile realizzazione che richiedono profonde
incisioni o forme difficili da ottenere con l’impiego di macchine utensili,
ESPOR può assicurare soluzioni affidabili. Le fusioni di ESPOR sono sviluppata
in forma stratificata. La stratificazione dello stampo è ottenuta mediante
strati di alluminio di differente densità. Producendo uno stampo che si
restringa progressivamente meno nella direzione della sua parte posteriore, un
maggior volume d’aria può essere evacuato in un più ristretto periodo di
tempo. Diversamente dalle conchiglie in alluminio fuso, le colate di alluminio
poroso sono sviluppate in fase solida determinando un incremento totale del peso
dello stampo, ma un sostanziale miglioramento delle caratteristiche di
resistenza dello stampo stesso. Le caratteristiche delle colate di alluminio
poroso facilitano la formazione di incavature profonde e di forme complesse
meglio delle fusioni di alluminio forato.
Le colate di alluminio poroso ESPOR possono riprodurre le venature di complesse
superfici che venivano ritenute quasi impossibili da realizzare usando materiali
per stampo convenzionali. Venature naturali o artificiali possono essere
facilmente riprodotte nello stampo ed efficacemente riottenute sulle parti
termoformate. Il livello dei dettagli delle venature usando una colata ESPOR è
ottenuto con l’eliminazione di fori per il vuoto. Ciò può prevenire
l’alterazione della consistenza delle venature stesse combinata con la porosità
della superficie dello stampo. Per mezzo dello vuoto applicato all’intera
superficie e di una riproduzione in scala 1:1 delle venature originali, può
essere ottenuto un incremento dei dettagli e della consistenza; il che si
traduce in una maggior flessibilità di progettazione. La selezione del corretto
tipo di alluminio poroso per lo sviluppo di uno stampo per termoformatura deve
essere considerata attentamente. Dal momento che la densità effettiva dello
stampo è di 1,74 gm/cc, il materiale non è così resistente come
l’alluminio. Le colate di alluminio poroso ESPOR sono intolleranti al
sottosquadro. In applicazioni che richiedono sottosquadro di progetto, è
necessario fare speciali considerazioni riguardo alla progettazione del modello,
alle esigenze di produzione, al tipo di materiale ed allo spessore per
assicurare le migliori prestazioni dello stampo. Quando vengono considerate le
esigenze dei materiali a base di alluminio poroso, i costruttori di stampi
ottengono volumi di produzione e qualità paragonabili o superiori a quelli
ottenibili con stampi in alluminio tradizionale.
CONCLUSIONI
Nella produzione di manufatti termoformati, i materiali per stampi in alluminio
poroso offrono un’alternativa di alte prestazioni rispetto ai materiali
convenzionali attualmente utilizzati.
Il METAPOR (lavorabile a macchina) e l’ESPOR
(colabile in stampi) assicurano parecchi benefici di prestazione che consentono
ai fabbricanti di produrre componenti migliori in un periodo di tempo più
breve.
Con la caratteristica unica di permeabilità all’aria di entrambe le versioni
di alluminio poroso, maggiori volumi di aria possono essere evacuati tra i fogli
in plastica e la superficie dello stampo con il risultato di ottimizzare i tempi
del ciclo ed ottenere migliori dettagli delle parti stampate.
Tenendo conto che i prodotti METAPOR e l’ESPOR
sono compositi di alluminio, le applicazioni per il loro
uso devono essere considerate attentamente nello sviluppo di stampi che non
richiedono elevate qualità superficiali o presentano sostanziali sottosquadro o
in operazioni di termoformatura di lastre di elevato spessore; in tali casi, i
materiali a base di alluminio poroso possono risultare non convenienti.
Il METAPOR e l’ESPOR devono essere presi in
considerazione durante le fasi di progetto e di ingegnerizzazione allo
stesso modo che altri materiali per stampi in base alle prestazioni attese, alle
aspettative di durata nel tempo, al numero totale di pezzi da produrre ed ai
costi di sviluppo del progetto. I materiali a base di alluminio poroso sono
stati sviluppati per assicurare soluzioni in quei casi limite in cui la
termoformatura non consente la produzione di prodotti termoformati che siano
comparabili in termini di qualità a quelli ottenibili attraverso processi di
stampaggio ad iniezione. Con riguardo alla presenza di venature, alla complessità
delle parti, alla necessità di comprimere costi e tempi, i materiali a base di
alluminio poroso mettono a disposizione dei costruttori di stampi e dei
termoformatori una nuova tecnologia che migliora sensibilmente i processi e
consente di produrre migliori prodotti termoformati.
Traduzione effettuata da Violeta Salcedo e Ambrogino Tresoldi, ottobre 2001.
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